Garavimas
Išgarinimas virš arbatos puodelio
Garavimas- medžiagos perėjimo iš skystos būsenos į dujinę būseną procesas, vykstantis medžiagos (garų) paviršiuje. Garavimo procesas yra atvirkštinis kondensacijos procesas (perėjimas iš garų į skystį). Garinimas (garinimas), medžiagos perėjimas iš kondensuotos (kietos arba skystos) fazės į dujinę (garą); pirmosios eilės fazinis perėjimas.
Aukštojoje fizikoje yra detalesnė garavimo samprata.
Garavimas- tai procesas, kurio metu dalelės (molekulės, atomai) išskrenda (atsiplėšia) nuo skysčio ar kietos medžiagos paviršiaus, o E k > E p.
bendrosios charakteristikos
Kieto kūno garavimas vadinamas sublimacija (sublimacija), o garavimas skysčio tūryje – virimu. Paprastai garinimas suprantamas kaip išgarinimas laisvajame skysčio paviršiuje dėl jo molekulių terminio judėjimo, esant temperatūrai, žemesnei už virimo tašką, atitinkantį dujinės terpės, esančios virš nurodyto paviršiaus, slėgį. Tokiu atveju molekulės, turinčios pakankamai didelę kinetinę energiją, iš paviršinio skysčio sluoksnio išeina į dujinę terpę; kai kurie iš jų atsispindi atgal ir sulaikomi skysčio, o kiti negrįžtamai prarandami.
Garavimas yra endoterminis procesas, kurio metu sugeriama fazių virsmo šiluma – garavimo šiluma, išleidžiama įveikiant molekulinės sanglaudos jėgas skystoje fazėje ir plėtimosi darbui, kai skystis virsta garais. Savitoji garavimo šiluma nurodoma 1 moliui skysčio (molinė garavimo šiluma, J/mol) arba jo masės vienetui (masės garavimo šiluma, J/kg). Garavimo greitis nustatomas pagal garų srauto jп paviršiaus tankį, per laiko vienetą prasiskverbiančio į dujų fazę nuo skysčio paviršiaus vieneto [mol / (s.m 2) arba kg / (s.m 2)]. Didžiausia jp reikšmė pasiekiama vakuume. Esant santykinai tankiai dujinei terpei virš skysčio, garavimas sulėtėja dėl to, kad garų molekulių pašalinimo iš skysčio paviršiaus į dujinę terpę greitis tampa mažas, palyginti su jų išskyrimo iš skysčio greičiu. . Šiuo atveju šalia sąsajos susidaro garų-dujų mišinio sluoksnis, praktiškai prisotintas garais. Garų dalinis slėgis ir koncentracija šiame sluoksnyje yra didesni nei didžiojoje garų-dujų mišinio dalyje.
Garavimo procesas priklauso nuo molekulių šiluminio judėjimo intensyvumo: kuo greičiau juda molekulės, tuo greičiau vyksta garavimas. Be to, svarbūs veiksniai, turintys įtakos garavimo procesui, yra išorinės (medžiagos atžvilgiu) difuzijos greitis, taip pat pačios medžiagos savybės. Paprasčiau tariant, pučiant vėjui, garavimas vyksta daug greičiau. Kalbant apie medžiagos savybes, pavyzdžiui, alkoholis išgaruoja daug greičiau nei vanduo. Svarbus veiksnys taip pat yra skysčio, iš kurio išgaruoja, paviršiaus plotas: iš siauro dekanterio jis vyks lėčiau nei iš plačios lėkštės.
Molekulinis lygis
Apsvarstykite šį procesą molekuliniu lygmeniu: molekulės, turinčios pakankamai energijos (greičio), kad įveiktų gretimų molekulių trauką, išeina iš medžiagos (skysčio) ribų. Tokiu atveju skystis netenka dalies energijos (atvėsta). Pavyzdžiui, labai karštas skystis: pučiame ant jo paviršiaus, kad atvėsintume, o kartu paspartintume garavimo procesą.
Termodinaminė pusiausvyra
Termodinaminės pusiausvyros tarp skysčio ir garų, esančių dujų-garų mišinyje, pažeidimas paaiškinamas temperatūros šuoliu ties fazės riba. Tačiau šio šuolio paprastai galima nepaisyti ir galima daryti prielaidą, kad dalinis slėgis ir garų koncentracija sąsajoje atitinka jų sočiųjų garų vertes skysčio paviršiaus temperatūroje. Jei skystis ir dujų-garų mišinys yra nejudrūs, o laisvosios konvekcijos įtaka juose yra nereikšminga, garavimo metu susidarę garai pašalinami nuo skysčio paviršiaus į dujinę terpę daugiausia dėl molekulinės difuzijos ir garų ir dujų mišinio masės (vadinamojo Stefano) srauto, nukreipto nuo skysčio paviršiaus į dujinę terpę, atsiradimas (žr. Difuzija). Temperatūros pasiskirstymas įvairiais garavimo skysčio aušinimo režimais. Šilumos srautai nukreipiami: a - iš skystosios fazės į garavimo paviršių į dujinę fazę; b - nuo skystos fazės tik iki garavimo paviršiaus; c - į garinimo paviršių iš abiejų fazių pusės; d - į garavimo paviršių tik iš dujinės fazės pusės.
Baro-, terminė difuzija
Į baro ir šiluminės difuzijos poveikį inžineriniuose skaičiavimuose paprastai neatsižvelgiama, tačiau šiluminės difuzijos poveikis gali būti reikšmingas esant dideliam dujų ir garų mišinio nehomogeniškumui (su dideliu jo komponentų molinių masių skirtumu). ir reikšmingi temperatūros gradientai. Kai viena ar abi fazės juda jų sąsajos atžvilgiu, padidėja garų-dujų mišinio ir skysčio konvekcinio medžiagos ir energijos perdavimo vaidmuo.
Nesant energijos tiekimo į skystųjų dujų sistemą iš išorinio šilumos šaltiniai Garinimas į paviršinį skysčio sluoksnį gali būti tiekiamas iš vienos arba abiejų fazių. Skirtingai nuo susidarančio medžiagos srauto, kuris visada nukreipiamas garuojant iš skysčio į dujinę terpę, šilumos srautai gali turėti skirtingas kryptis, priklausomai nuo skysčio masės tl temperatūrų santykio, fazės ribos tgr ir dujinė terpė tg. Kai tam tikras skysčio kiekis liečiasi su pusiau begaliniu tūriu arba jo paviršių plaunančiu dujų terpės srautu ir esant aukštesnei nei dujų temperatūrai skysčio temperatūrai (tl > tgr > tg), iš šono atsiranda šilumos srautas. skysčio į sąsają: (Qlg = Qzh - Qi, kur Qi yra garavimo šiluma, Qzhg - šilumos kiekis, perduodamas iš skysčio į dujų terpę. Tokiu atveju skystis atšaldomas (vadinamoji). garuojantis aušinimas). Jei dėl tokio aušinimo pasiekiama lygybė tgr \u003d tg, šilumos perdavimas iš skysčio į dujas sustoja (Qzhg = 0) ir visa šiluma, tiekiama iš skysčio pusės į sąsają išleidžiama garinimui (Ql = Qi).
Jei yra dujinė terpė, kuri nėra prisotinta garais, pastarosios dalinis slėgis sąsajoje ir ties Ql = Qi išlieka didesnis nei didžiojoje dujų dalyje, dėl ko išgaruoja ir garuojantis aušinimas. skystis nesustoja ir tgr tampa mažesnis nei tl ir tg. Šiuo atveju šiluma į sąsają tiekiama iš abiejų fazių, kol, sumažėjus tl, pasiekiama lygybė tgr = tl ir šilumos srautas iš skysčio pusės sustoja, o iš dujinės terpės pusės Qgl. tampa lygus Qi. Tolesnis skysčio išgarinimas vyksta esant pastoviai temperatūrai tm = tl = tgr, kuri vadinama skysčio aušinimo riba garuojant aušinant arba drėgno termometro temperatūra (kadangi ją rodo šlapio psichrometro termometras). Tm reikšmė priklauso nuo dujų-garų terpės parametrų ir šilumos bei masės perdavimo tarp skysčio ir dujų fazių sąlygų.
Jei skirtingos temperatūros skysta ir dujinė terpė yra riboto tūrio, kuris negauna energijos iš išorės ir jos neišduoda, vyksta garavimas, kol tarp dviejų fazių susidaro termodinaminė pusiausvyra, kuriai esant abiejų fazių temperatūros. yra išlyginami esant pastoviai sistemos entalpijai, o dujų fazė prisotinama garais, esant sistemos temperatūrai tad. Pastaroji, vadinama adiabatinio dujų prisotinimo temperatūra, nustatoma tik pagal pradinius abiejų fazių parametrus ir nepriklauso nuo šilumos bei masės perdavimo sąlygų.
Garavimo greitis
Izoterminio garavimo greitis [kg / (m 2 s)], kai garai sklinda viena kryptimi į fiksuotą dvigubo garų ir dujų mišinio sluoksnį, esantį virš skysčio paviršiaus, kurio storis d, [m], galima rasti pagal Stefano formulė: , kur D – abipusės difuzijos koeficientas, [m 2 /Su]; - pastovūs dujų garai, [J / (kg K)] arba [m 2 / (s 2 K)]; T – mišinio temperatūra [K]; p – dujų ir garų mišinio slėgis [Pa]; - dalinis garų slėgis prie mišinio sluoksnio sąsajos ir išorinės ribos, [Pa].
Bendruoju atveju (judantis skystis ir dujos, neizoterminės sąlygos) ribiniame skysčio sluoksnyje, esančiame greta sąsajos, impulso perdavimą lydi šilumos perdavimas, o ribiniame dujų sluoksnyje (garų-dujų mišinys) ), vyksta tarpusavyje susiję šilumos ir masės perdavimas. Šiuo atveju garavimo greičiui apskaičiuoti naudojami eksperimentiniai šilumos ir masės perdavimo koeficientai, o santykinai paprastesniais atvejais – apytiksliai metodai, leidžiantys skaitiniu būdu išspręsti konjuguotų dujų ir skysčio fazių ribinių sluoksnių diferencialinių lygčių sistemą.
Masės perdavimo intensyvumas garuojant priklauso nuo garų cheminių potencialų skirtumo sąsajoje ir garų-dujų mišinio tūryje. Tačiau jei galima nepaisyti baro ir šiluminės difuzijos, cheminių potencialų skirtumas pakeičiamas dalinių slėgių arba garų koncentracijų skirtumu ir gaunamas: cp, gr - cp, osn), kur bp, bc - masės perdavimo koeficientas, p - mišinio slėgis, pp - dalinis garų slėgis, yp = pp / p - molinė garų koncentracija, cp = rp / r - masės garų koncentracija, rp, r - vietinis garų ir mišinių tankis; indeksai reiškia: „gr“ – ties fazės riba, „pagrindinis“ – pagrindinėje. mišinio masės. Skysčio garavimo metu išsiskiriančio šilumos srauto tankis yra [J/(m2 s)]: q = azh(tl - tgr) = rjp + ag (tgr - tg), kur azh, ag yra šilumos perdavimas koeficientas iš skysčio ir dujų pusės , [W / (m 2 K)]; r - šiluma Garavimas, [J/kg].
Esant labai mažiems garavimo paviršiaus kreivio spinduliams (pavyzdžiui, garuojant mažiems skysčio lašams), atsižvelgiama į skysčio paviršiaus įtempimo poveikį, dėl kurio pusiausvyros garų slėgis viršija sąsaja yra didesnė už to paties skysčio sočiųjų garų slėgį virš plokščio paviršiaus. Jei tgr ~ tl, tai skaičiuojant garavimą galima atsižvelgti tik į šilumos ir masės perdavimą dujų fazėje. Esant santykinai mažam masės perdavimo intensyvumui, apytiksliai galioja šilumos ir masės perdavimo procesų analogija, iš kurios išplaukia: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, kur Nu = ag l/lg yra Nuselto skaičius, l yra būdingas garavimo paviršiaus dydis, lg yra garų ir dujų mišinio šilumos laidumo koeficientas, Sh* = bpyg, grl/Dp = bccg, grl/D yra garų srauto difuzijos komponento Šervudo skaičius, Dp = D/ RpT yra difuzijos koeficientas, susijęs su garų dalinio slėgio gradientu. Bp ir bc reikšmės apskaičiuojamos pagal aukščiau pateiktus santykius, skaičiai Nu0 ir Sh0 atitinka jp: 0 ir gali būti nustatomi iš duomenų apie atskirai vykstančius šilumos ir masės perdavimo procesus. Bendro (difuzinio ir konvekcinio) garų srauto skaičius Sh0 randamas Sh* padalijus iš molinės (yg, gr) arba masės (sg, gr) dujų koncentracijos sąsajoje, priklausomai nuo to, kokia masės perdavimo varomoji jėga yra koeficientas. b yra priskirtas.
Lygtys
Nu ir Sh* panašumo lygtys garinimo metu, be įprastų kriterijų (Reynoldso skaičiai Re, Archimedo Ar, Prandtl Pr arba Schmidt Sc ir geom. parametrai), apima parametrus, kuriuose atsižvelgiama į skersinio garų srauto įtaką ir garų ir dujų mišinio nehomogeniškumo laipsnis (jo komponentų molinių masių arba dujų konstantų santykis) profiliams, greičiams, temperatūroms ar koncentracijoms ribinio sluoksnio skerspjūvyje.
Esant mažiems jp, kurie reikšmingai nepažeidžia dujų ir garų mišinio judėjimo hidrodinaminio režimo (pavyzdžiui, garinant vandenį į atmosferos orą) ir temperatūros bei koncentracijos laukų kraštinių sąlygų panašumo, įtaka papildomi argumentai panašumo lygtyse yra nereikšmingi ir jų galima nepaisyti, darant prielaidą, kad Nu = Sh. Išgaravus daugiakomponentiams mišiniams, šie dėsningumai tampa daug sudėtingesni. Tuo pačiu metu mišinio komponentų garavimo šiluma ir skystųjų bei garų-dujų fazių, kurios yra pusiausvyroje, yra skirtingos ir priklauso nuo temperatūros. Kai išgaruoja dvejetainis skysčio mišinys, gautame garų mišinyje yra santykinai daugiau lakesnio komponento, neįskaitant tik azeotropinių mišinių, kurie išgaruoja kraštutiniuose (maksimiausiuose arba mažiausiuosiuose) būsenos kreivių taškuose kaip grynas skystis.
Aparatų dizainas
Bendras garuojančio skysčio kiekis didėja didėjant skysčio ir dujų fazių kontaktiniam paviršiui, todėl prietaisų, kuriuose vyksta garavimas, konstrukcija numato garavimo paviršiaus padidėjimą sukuriant didelį skysčio veidrodį, suskaidant jį į purkštukai ir lašai, arba plonų plėvelių susidarymas, tekantis žemyn ant purkštukų paviršiaus. Šilumos ir masės perdavimo intensyvumo padidėjimas garuojant taip pat pasiekiamas didinant dujinės terpės greitį skysčio paviršiaus atžvilgiu. Tačiau padidinus šį greitį, dujinė terpė neturėtų pernelyg įsiskverbti į skystį ir žymiai padidinti aparato hidraulinį pasipriešinimą.
Taikymas
Garinimas plačiai naudojamas pramoninėje praktikoje valant medžiagas, džiovinant medžiagas, atskiriant skystus mišinius ir kondicionuojant. Vandens išgarinamasis aušinimas naudojamas įmonių cirkuliacinėse vandens tiekimo sistemose.
taip pat žr
Literatūra
- // Brockhauso ir Efrono enciklopedinis žodynas: 86 tomai (82 tomai ir 4 papildomi). - Sankt Peterburgas. , 1890–1907 m.
- Berman L.D., Išgarinamasis cirkuliuojančio vandens aušinimas, 2 leidimas, M.-L., 1957;
- Fuchs N. A., Lašų garavimas ir augimas dujinėje terpėje, M., 1958;
- Byrd R., Stuart W., Lightfoot E., Transfer Phenomena, vert. iš anglų k., M., 1974;
- Berman L. D. „Teoriniai chemijos pagrindai. technologijos“, 1974, 8 t., 6, p. 811-22;
- Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Masinis perdavimas, vert. iš anglų k., M., 1982. L. D. Berman.
Nuorodos
Wikimedia fondas. 2010 m.
Sinonimai:Pažiūrėkite, kas yra „Išgarinimas“ kituose žodynuose:
Perėjimas in va iš skystos arba kietos agregacijos būsenos į dujinę (garų). I. paprastai suprantamas kaip skysčio perėjimas į garus, vykstantis laisvajame skysčio paviršiuje. I. kietieji kūnai vadinami. sublimacija arba sublimacija. Priklausomybė nuo slėgio ...... Fizinė enciklopedija
Garavimas vyksta ant laisvo skysčio paviršiaus. Garavimas nuo kietos medžiagos paviršiaus vadinamas sublimacija... Didysis enciklopedinis žodynas
Skysčiui pereiti į dujinę būseną yra du būdai: garavimas ir virimas.
Šie du metodai skiriasi tuo, kad išgaruoja nuo skysčio paviršiaus, o virimas vyksta visame tūryje.
Virimas – greitas procesas, per trumpą laiką nelieka verdančio vandens pėdsakų, jis virsta garais.
Garavimas vyksta bet kokioje temperatūroje, nepriklausomai nuo slėgio, kuri normaliomis sąlygomis visada yra artima 760 mm Hg. Art. Garinimas, skirtingai nei virimas, yra labai lėtas procesas. Odekolono butelis, kurį pamiršome uždaryti, bus tuščias po kelių dienų; lėkštė vandens tarnaus ilgiau, bet anksčiau ar vėliau ji pasirodys sausa.
Garavimo greitis priklauso nuo kelių veiksnių:
A) Garavimo greitis priklauso nuo skysčio rūšies.
Greičiau išgaruoja skystis, kurio molekulės viena prie kitos pritraukiamos mažesne jėga. Iš tiesų, šiuo atveju didesnis molekulių skaičius gali įveikti patrauklumą ir išskristi iš skysčio.
B) Garavimas vyksta greičiau, tuo aukštesnė skysčio temperatūra.
Kuo aukštesnė skysčio temperatūra, tuo daugiau jame greitai judančių molekulių, galinčių įveikti aplinkinių molekulių traukos jėgas ir išskristi iš skysčio paviršiaus.
C) Skysčio garavimo greitis priklauso nuo jo paviršiaus ploto.
Ši priežastis paaiškinama tuo, kad skystis išgaruoja nuo paviršiaus, o kuo didesnis skysčio paviršiaus plotas, tuo daugiau molekulių vienu metu iš jo skrenda į orą.
D) Su vėju skystis išgaruoja greičiau.
Kartu su molekulių perėjimu iš skysčio į garus vyksta ir atvirkštinis procesas. Atsitiktinai judant virš skysčio paviršiaus, kai kurios jį palikusios molekulės vėl grįžta į jį. Todėl skysčio masė uždarame inde nekinta, nors skystis ir toliau garuoja.
Tyrimui reikės:
A) įvairaus skerspjūvio ploto stikliniai indai, stiklinės
B) mokyklinės svarstyklės
C) įvairaus tankio skysčiai (gėlas vanduo, alkoholis, saulėgrąžų aliejus)
D) morkos, bulvės, obuoliai, juoda duona
D) termometras
A) Garavimo greičio priklausomybės nuo išgaruojamų skysčių rūšies tyrimas.
Norėdami ištirti šią priklausomybę, studentai paima 3 vienodus indus, užpildo juos alkoholiu, gėlu vandeniu, saulėgrąžų aliejumi ir stebi garavimą. Užrašykite eksperimento pradžios datą ir laiką, paeiliui nustatydami kiekvieno bandomojo skysčio visiško išgaravimo laiką. Remiantis matavimo rezultatais, sudaroma lentelė, kurioje fiksuojamas skysčio garavimo greitis pagal jų sumažėjimo laipsnį.
Skysčio tipas 24. 11. 25. 11. 27. 11. 1. 12. 10. 12. 15. 12. 20. 12.
2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006
Gėlas vanduo 10mg 8mg 5mg 2mg 1mg 0mg 0mg
Alkoholis 10mg 7mg 4mg 0mg 0mg 0mg 0mg
Saulėgrąžų aliejus. 10mg 9,5mg 9mg 8mg 7mg 6mg 5mg
Kadangi garinimo procesas plačiai naudojamas džiovinant vaisius, uogas, daržoves ir grybus, ši užduotis turi didelę praktinę reikšmę. Studentai eksperimentiškai nustato kiekvienos rūšies džiovintų produktų išeigą procentais, sudaro džiovintų žemės ūkio produktų derliaus lentelę:
Produkto rūšis Šviežio produkto svoris Džiovinto produkto svoris Džiovinto produkto išeiga, % nuo pradinio svorio
Obuoliai 207g 300mg 31g 15%
Morkos 34g 300mg 4g 900mg 14%
Bulvės 80g 710mg 16g 9mg 21%
Duona (juoda) 46g 100mg 25g 250mg 55%
Teorijos ir eksperimento rezultatų praktinis taikymas.
Remdamiesi gautais duomenimis, mokiniai nusprendė paskaičiuoti realų pelną iš vieno juodos duonos kepalo, skirto spirgučių gamybai.
1. duonos kepalas (750g) - 10 rublių
1. pakelis krekerių (50 g) - 6 rubliai.
Naudodamiesi lentelės duomenimis, apskaičiavome, kiek krekerių gaunama iš vieno duonos kepalo:
46,1g - 25,25g Iš viso: 411g
Paskaičiuokime, kiek pakelių išeis iš šių krekerių:
411/50 = 8,2 (paketai)
Tada vienos pakuotės kaina:
8,2 * 6 \u003d 49,2 (rubliai)
49,2–10 \u003d 39,2 (rubliai)
Tačiau turime atsižvelgti į gamybos sąnaudas, darbuotojų atlyginimus ir pakuotę. Nors dalį sumos gali kompensuoti tai, kad duona pirkta ne šviežia, bet laiku neparduota.
Pagal gautus duomenis skysčio garavimas priklauso nuo jų tankio: kuo didesnis tankis, tuo skystis išgaruoja lėčiau.
Skysčio tipas Skysčio tankis, kg/kub. m Garavimo laikas, valandos.
Gėlas vanduo 1000 580
Alkoholis 800 145
Saulėgrąžų aliejus 1000 5800
Atkreipiamas dėmesys į tai, kad esant vienodam gėlo vandens ir saulėgrąžų aliejaus tankiui, šių skysčių garavimo greitis skiriasi (aliejaus tankį mokiniai skaičiavo patys, naudodamiesi stikline ir studentiškomis svarstyklėmis). Pasitelkus papildomą literatūrą ir žinias, jau gautas iš chemijos kurso, šį faktą galima paaiškinti tuo, kad vanduo yra neorganinė medžiaga, o tarp molekulių yra ypatingas ryšys – vandenilis. Šis ryšys labai silpnas. Aliejus reiškia organines medžiagas. Tai yra trihidroalkoholio glicerolio ir karboksirūgšties esteriai. Dėl sudėtingos struktūros šis ryšys bus daug stabilesnis.
B) Garavimo kaip skysčio temperatūros funkcijos tyrimas.
Ant dujinės viryklės pastatomas indas su vandeniu ir užvirinamas. Tada mokiniai nuleidžia indus skysčiais: alkoholiu ir gėlu vandeniu. Pagal medžiagų virimo taškų lentelę nustatome, kad vandens virimo temperatūra yra 100 laipsnių, o alkoholio - 78 laipsnių. Skysčių tūris ir garavimo plotas yra vienodi.
Medžiagos pavadinimas Garavimas kambario temperatūroje, val. Garavimas virimo temperatūroje, valandos.
Alkoholis 30 0,07
Gėlas vanduo 120 0,25
Tyrimas parodė, kad aukštesnėje temperatūroje garavimas vyksta greičiau nei kambario temperatūroje. Šis reiškinys paaiškinamas tuo, kad kylant temperatūrai didėja molekulių greitis, jos lengvai palieka skysčio paviršių.
C) Garavimo greičio priklausomybės nuo išgaruojamų skysčių paviršiaus ploto tyrimas.
Eksperimentui jums reikės:
A) 3 rūšių skysčiai (gėlas vanduo, alkoholis, saulėgrąžų aliejus)
B) 3 stiklinių rinkiniai, kurių kiekviename yra po 3 stiklines su skirtingu laisvo paviršiaus plotu.
Apskaičiuojame išgaravusių skysčių paviršiaus plotus:
Skysčio tipas Stiklinės skersmuo, cm Skerspjūvio plotas, cm
Didelis 6,6 34,1946 m
Vidurkis 3,5 9,61625
Mažas 3 7 065
Skysčio tipas Garavimo laikas, valandos, didelis Garavimo laikas, valandos, vidutinis Garavimo laikas, valandos, mažas
Gėlas vanduo 120 420 580
Alkoholis 30 105 145
Saulėgrąžų aliejus 1200 4100 5800
(Studentai apskaičiavo eksperimentą su aliejumi, naudodami išgaravusios aliejaus dalies ir laiko, per kurį jis išgaravo, santykį)
Pasibaigus eksperimentui, jie priėjo prie išvados, kad garavimo greitis yra tiesiogiai proporcingas laisvo paviršiaus plotui. Eksperimente būtina atsižvelgti į netikslumą ir matavimo paklaidą.
D) Garavimo greičio priklausomybės nuo vėjo tyrimas.
Eksperimentui jums reikės:
A) 2 rūšių skysčiai (alkoholis, gėlas vanduo)
B) 4 vienodi indai.
Medžiagos pavadinimas Be vėjo, valandos Su vėju, valandos
Gėlas vanduo 120 19
Eksperimentas rodo, kad su vėju garavimas vyksta greičiau nei be vėjo. Ši patirtis paaiškina greitą skalbinių ir balų džiūvimą po lietaus.
Skystis išgaruoja esant bet kokiai temperatūrai ir kuo greičiau, kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis garuojančio skysčio laisvo paviršiaus plotas ir tuo greičiau pašalinami virš skysčio susidarę garai.
Tam tikroje tam tikroje temperatūroje, priklausomai nuo skysčio pobūdžio ir slėgio, kuriame jis yra, visoje skysčio masėje prasideda garavimas. Šis procesas vadinamas virimu.
Tai intensyvaus garinimo procesas ne tik nuo laisvo paviršiaus, bet ir iš didžiosios dalies skysčio. Tūryje susidaro burbuliukai, pripildyti sočiųjų garų. Jie pakyla veikiami plūduriuojančios jėgos ir lūžta paviršiuje. Jų susidarymo centrai yra smulkiausi svetimų dujų burbuliukai arba įvairių priemaišų dalelės.
Jei burbulo matmenys yra keli milimetrai ar daugiau, antrojo termino galima nepaisyti, todėl dideliems burbulams esant pastoviam išoriniam slėgiui, skystis užverda, kai sočiųjų garų slėgis burbuliukuose tampa lygus išoriniam. spaudimas.
Dėl chaotiško judėjimo virš skysčio paviršiaus garų molekulė, patekusi į molekulinių jėgų veikimo sferą, vėl grįžta į skystį. Šis procesas vadinamas kondensacija.
Garinimas ir virinimas
Garinimas ir virinimas yra du būdai, kuriais skystis virsta dujomis (garais). Tokio perėjimo procesas vadinamas garinimu. Tai yra, garinimas ir virinimas yra garinimo būdai. Tarp šių dviejų metodų yra didelių skirtumų.
Garavimas vyksta tik nuo skysčio paviršiaus. Tai yra to, kad bet kokio skysčio molekulės nuolat juda, rezultatas. Be to, skiriasi molekulių greitis. Pakankamai dideliu greičiu patekusios į paviršių molekulės gali įveikti kitų molekulių traukos jėgą ir atsidurti ore. Vandens molekulės, kurios yra atskirai ore, tiesiog sudaro garus. Porų akimis to pamatyti neįmanoma. Tai, ką matome kaip vandens rūką, jau yra kondensacijos (atvirkštinio garavimo proceso) rezultatas, kai aušinimo metu garai susirenka mažyčių lašelių pavidalu.
Dėl išgaravimo pats skystis atvėsta, nes greičiausios molekulės iš jo pasišalina. Kaip žinote, temperatūrą tiesiog lemia medžiagos molekulių judėjimo greitis, tai yra jų kinetinė energija.
Garavimo greitis priklauso nuo daugelio veiksnių. Pirma, tai priklauso nuo skysčio temperatūros. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo greitesnis garavimas. Tai suprantama, nes molekulės juda greičiau, o tai reiškia, kad joms lengviau ištrūkti iš paviršiaus. Garavimo greitis priklauso nuo medžiagos. Vienose medžiagose molekulės traukiamos stipriau, todėl sunkiau išskrenda, o kitose jos silpnesnės, todėl lengviau pasišalina iš skysčio. Garavimas priklauso ir nuo paviršiaus ploto, oro prisotinimo garais, vėjo.
Svarbiausias dalykas, kuris skiria garavimą nuo virimo, yra tai, kad garavimas vyksta bet kokioje temperatūroje, o jis teka tik nuo skysčio paviršiaus.
Skirtingai nuo garinimo, virimas vyksta tik tam tikroje temperatūroje. Kiekviena skystos būsenos medžiaga turi savo virimo temperatūrą. Pavyzdžiui, vanduo esant normaliam atmosferos slėgiui užverda 100°C, o alkoholis – 78°C. Tačiau mažėjant atmosferos slėgiui visų medžiagų virimo temperatūra šiek tiek sumažėja.
Vandeniui užvirus, išsiskiria jame ištirpęs oras. Kadangi indas dažniausiai šildomas iš apačios, apatiniuose vandens sluoksniuose temperatūra yra aukštesnė, ten pirmiausia susidaro burbuliukai. Vanduo išgaruoja į šiuos burbuliukus, ir jie yra prisotinti vandens garų.
Kadangi burbuliukai yra lengvesni už patį vandenį, jie kyla aukštyn. Dėl to, kad viršutiniai vandens sluoksniai neįšilo iki virimo temperatūros, burbuliukai atvėsta ir juose esantys garai kondensuojasi atgal į vandenį, burbuliukai tampa sunkesni ir vėl skęsta.
Kai visi skysčio sluoksniai įkaitinami iki virimo temperatūros, burbuliukai nebesileidžia žemyn, o iškyla į paviršių ir sprogsta. Pora jų yra ore. Taigi virimo metu garavimo procesas vyksta ne skysčio paviršiuje, o per visą jo storį susidariusiuose oro burbuliukuose. Skirtingai nuo garinimo, virti galima tik tam tikroje temperatūroje.
Reikėtų suprasti, kad skysčiui užvirus, iš jo paviršiaus taip pat vyksta įprastas garavimas.
Kas lemia skysčio garavimo greitį?
Garavimo greičio matas yra medžiagos kiekis, kuris per laiko vienetą nuskrenda iš laisvo skysčio paviršiaus vieneto. pradžioje anglų fizikas ir chemikas D. Daltonas. nustatė, kad garavimo greitis yra proporcingas skirtumui tarp sočiųjų garų slėgio garuojančio skysčio temperatūroje ir tikrojo garų, esančių virš skysčio, slėgio. Jei skystis ir garai yra pusiausvyroje, tada garavimo greitis lygus nuliui. Tiksliau, tai vyksta, bet atvirkštinis procesas taip pat vyksta tuo pačiu greičiu - kondensacija(medžiagos perėjimas iš dujinės ar garinės būsenos į skystą). Garavimo greitis priklauso ir nuo to, ar jis vyksta ramioje, ar judančioje atmosferoje; jo greitis padidėja, jei susidarę garai yra nupučiami oro srove arba išpumpuojami.
Jei išgaruoja iš skysto tirpalo, tada skirtingos medžiagos išgaruoja skirtingu greičiu. Tam tikros medžiagos garavimo greitis mažėja didėjant svetimų dujų, pavyzdžiui, oro, slėgiui. Todėl garavimas į tuštumą vyksta didžiausiu greičiu. Priešingai, į indą įpylus pašalinių inertinių dujų, garavimą galima labai sulėtinti.
Kartais garinimas dar vadinamas sublimacija arba sublimacija, t.y., kietos medžiagos perėjimu į dujinę būseną. Beveik visi jų modeliai yra tikrai panašūs. Sublimacijos šiluma yra didesnė už garavimo šilumą maždaug sintezės šiluma.
Taigi, garavimo greitis priklauso nuo:
- Savotiškas skystis. Greičiau išgaruoja skystis, kurio molekulės viena prie kitos pritraukiamos mažesne jėga. Iš tiesų, šiuo atveju didesnis molekulių skaičius gali įveikti patrauklumą ir išskristi iš skysčio.
- Garavimas vyksta kuo greičiau, tuo aukštesnė skysčio temperatūra. Kuo aukštesnė skysčio temperatūra, tuo daugiau jame greitai judančių molekulių, galinčių įveikti aplinkinių molekulių traukos jėgas ir išskristi iš skysčio paviršiaus.
- Skysčio garavimo greitis priklauso nuo jo paviršiaus ploto. Ši priežastis paaiškinama tuo, kad skystis išgaruoja nuo paviršiaus, o kuo didesnis skysčio paviršiaus plotas, tuo daugiau molekulių vienu metu iš jo skrenda į orą.
- Su vėju skystis išgaruoja greičiau. Kartu su molekulių perėjimu iš skysčio į garus vyksta ir atvirkštinis procesas. Atsitiktinai judant virš skysčio paviršiaus, kai kurios jį palikusios molekulės vėl grįžta į jį. Todėl skysčio masė uždarame inde nekinta, nors skystis ir toliau garuoja.
išvadas
Mes sakome, kad vanduo išgaruoja. Bet ką tai reiškia? Garavimas yra procesas, kurio metu skystis ore greitai virsta dujomis arba garais. Daugelis skysčių išgaruoja labai greitai, daug greičiau nei vanduo. Tai taikoma alkoholiui, benzinui, amoniakui. Kai kurie skysčiai, pavyzdžiui, gyvsidabris, išgaruoja labai lėtai.
Kas sukelia garavimą? Norint tai suprasti, reikia ką nors suprasti apie materijos prigimtį. Kiek žinome, kiekviena medžiaga yra sudaryta iš molekulių. Šias molekules veikia dvi jėgos. Vienas iš jų yra sanglauda, kuri juos traukia vienas prie kito. Kitas dalykas yra atskirų molekulių terminis judėjimas, dėl kurio jos skrenda.
Jei sukibimo jėga didesnė, medžiaga išlieka kietos būsenos. Tačiau jei šiluminis judėjimas yra toks stiprus, kad viršija sanglaudą, medžiaga tampa arba yra dujos. Jei dvi jėgos yra maždaug subalansuotos, tada turime skystį.
Žinoma, vanduo yra skystis. Tačiau skysčio paviršiuje yra molekulių, kurios juda taip greitai, kad įveikia sanglaudos jėgą ir išskrenda į erdvę. Molekulių pabėgimo procesas vadinamas garavimu.
Kodėl vanduo greičiau išgaruoja, kai yra saulėje arba kaitinamas? Kuo aukštesnė temperatūra, tuo intensyvesnis šilumos judėjimas skystyje. Tai reiškia, kad vis daugiau molekulių įgauna pakankamai greičio, kad galėtų nuskristi. Kai greičiausios molekulės nuskrenda, likusių molekulių greitis vidutiniškai sulėtėja. Kodėl likęs skystis atšaldomas garuojant.
Taigi, kai vanduo išdžiūsta, tai reiškia, kad jis virto dujomis arba garais ir tapo oro dalimi.
Gamtoje medžiagos gali būti vienoje iš trijų agregacijos būsenų: kietos, skystos ir dujinės. Perėjimą iš pirmo į antrą ir atvirkščiai galima stebėti kasdien, ypač žiemą. Tačiau skysčio pavertimas garais, žinomas kaip garavimo procesas, dažnai nėra matomas akiai. Nepaisant savo nereikšmingumo, jis vaidina svarbų vaidmenį žmogaus gyvenime. Taigi, sužinokime daugiau apie tai.
Garavimas - kas tai
Kiekvieną kartą, kai nusprendžiate išsivirti virdulį arbatai ar kavai, galite stebėti, kaip, pasiekęs 100 °C, vanduo virsta garais. Būtent tai yra praktinis garavimo proceso (tam tikros medžiagos perėjimo į dujinę būseną) pavyzdys.
Garinimas yra dviejų tipų: virimas ir garinimas. Iš pirmo žvilgsnio jie yra identiški, tačiau tai yra įprasta klaidinga nuomonė.
Garinimas – tai garavimas nuo medžiagos paviršiaus, o virimas – nuo viso jos tūrio.
Garinimas vs virimas: koks skirtumas?
Nors ir garinimo procesas, ir virimas prisideda prie skysčio perėjimo į dujinę būseną, verta prisiminti du svarbius skirtumus tarp jų.
- Virimas yra aktyvus procesas, vykstantis tam tikroje temperatūroje. Kiekvienai medžiagai jis yra unikalus ir gali keistis tik sumažėjus atmosferos slėgiui. Įprastomis sąlygomis vandenį reikia virti 100 °C, rafinuotam saulėgrąžų aliejui - 227 °C, nerafinuotam - 107 °C. Priešingai, alkoholiui virti reikia žemesnės temperatūros – 78 °C. Garavimo temperatūra gali būti bet kokia ir, skirtingai nei virimo, ji vyksta nuolat.
- Antras reikšmingas skirtumas tarp procesų yra tas, kad verdant išgaruoja per visą skysčio storį. Tuo tarpu vanduo ar kitos medžiagos išgaruoja tik nuo jų paviršiaus. Beje, virimo procesą visada lydi ir išgarinimas.
sublimacijos procesas
Manoma, kad garavimas yra perėjimas iš skysčio į dujinę agregacijos būseną. Tačiau retais atvejais, apeinant skystį, galimas išgaravimas tiesiai iš kietos būsenos į dujinę būseną. Šis procesas vadinamas sublimacija.
Šį žodį žino visi, kurie kada nors fotosalone užsisakė puoduką ar marškinėlius su mėgstama nuotrauka. Šis išgarinimo būdas naudojamas visam laikui užtepti vaizdą ant audinio ar keramikos, jo garbei toks spaudos būdas vadinamas sublimacine spauda.
Taip pat toks garinimas dažnai naudojamas pramoniniam vaisių ir daržovių džiovinimui, kavos ruošimui.
Nors sublimacija yra daug rečiau nei skysčio išgaravimas, ją kartais galima pastebėti kasdieniame gyvenime. Taigi, žiemą išskalbti šlapi skalbiniai, pakabinti džiūti, akimirksniu sušąla ir tampa kieti. Tačiau palaipsniui šis standumas išnyksta ir viskas tampa sausa. Tokiu atveju vanduo iš ledo būsenos, aplenkdamas skystąją fazę, iš karto pereina į garus.
Kaip vyksta garavimas
Kaip ir dauguma fizinių ir cheminių procesų, molekulės atlieka svarbų vaidmenį garavimo procese.
Skysčiuose jie yra labai arti vienas kito, tačiau neturi fiksuotos vietos. Dėl to jie gali „keliauti“ per visą skysčio plotą ir skirtingu greičiu. Tai pasiekiama dėl to, kad judėjimo metu jie susiduria vienas su kitu ir nuo šių susidūrimų keičiasi jų greitis. Pakankamai greitos tapusios aktyviausios molekulės gauna galimybę pakilti į medžiagos paviršių ir, įveikusios kitų molekulių traukos jėgą, palieka skystį. Taip vanduo ar kita medžiaga išgaruoja ir susidaro garai. Ar tai nepanašu į raketos skrydį į kosmosą?
Nors aktyviausios molekulės iš skysčio pereina į garus, likę jų „broliai“ ir toliau nuolat juda. Palaipsniui jie taip pat įgauna reikiamą greitį, kad įveiktų trauką ir pereitų į kitą agregacijos būseną.
Palaipsniui ir nuolat išeidamos iš skysčio molekulės tam naudoja jo vidinę energiją, ir ji mažėja. Ir tai tiesiogiai veikia medžiagos temperatūrą - ji mažėja. Būtent todėl vėsinančios arbatos kiekis puodelyje šiek tiek sumažinamas.
Garavimo sąlygos
Stebėdami balas po lietaus pastebėsite, kad kai kurios iš jų greičiau išdžiūsta, o kai kurios užtrunka ilgiau. Kadangi jų džiovinimas yra išgarinimo procesas, galime pasinaudoti šiuo pavyzdžiu, kad suprastume tam reikalingas sąlygas.
- Garavimo greitis priklauso nuo garinamos medžiagos tipo, nes kiekviena iš jų turi unikalių savybių, kurios turi įtakos laikui, per kurį jos molekulės visiškai pereina į dujinę būseną. Jei paliksite atidarytus 2 identiškus butelius, užpildytus tokiu pat kiekiu skysčio (viename spirite C2H5OH, kitame - vandens H2O), tada pirmasis indas ištuštėja greičiau. Kadangi, kaip minėta aukščiau, alkoholio garavimo temperatūra yra žemesnė, vadinasi, jis greičiau išgaruos.
- Antras dalykas, nuo kurio priklauso garavimas, yra aplinkos temperatūra ir išgarintos medžiagos virimo temperatūra. Kuo aukštesnis pirmasis ir žemesnis antrasis, tuo greičiau skystis gali jį pasiekti ir pereiti į dujinę būseną. Štai kodėl tam tikrų cheminių reakcijų, susijusių su garavimu, metu medžiagos yra specialiai kaitinamos.
- Kita sąlyga, nuo kurios priklauso garavimas, yra medžiagos, iš kurios jis atsiranda, paviršiaus plotas. Kuo jis didesnis, tuo greitesnis procesas. Atsižvelgdami į įvairius garinimo pavyzdžius, vėl galime galvoti apie arbatą. Jis dažnai supilamas į lėkštę, kad atvėstų. Ten gėrimas atvėso greičiau, nes padidėjo skysčio paviršiaus plotas (lėkštės skersmuo didesnis nei puodelio skersmuo).
- Ir vėl apie arbatą. Žinomas ir kitas būdas greičiau atvėsinti – pūsti. Kaip galite pastebėti, kad vėjo buvimas (oro judėjimas) taip pat priklauso nuo garavimo. Kuo didesnis vėjo greitis, tuo greičiau skysčio molekulės virs garais.
- Atmosferos slėgis taip pat turi įtakos garavimo intensyvumui: kuo jis mažesnis, tuo greičiau molekulės pereina iš vienos būsenos į kitą.
Kondensacija ir desublimacija
Pavirtusios į garus, molekulės nenustoja judėti. Naujoje agregacijos būsenoje jie pradeda susidurti su oro molekulėmis. Dėl šios priežasties kartais jie gali grįžti į skystą (kondensaciją) arba kietą (desublimacijos) būseną.
Kai garavimo ir kondensacijos (desublimacijos) procesai yra lygiaverčiai vienas kitam, tai vadinama dinamine pusiausvyra. Jei dujinė medžiaga yra dinaminėje pusiausvyroje su panašios sudėties skysčiu, ji vadinama sočiaisiais garais.
Garavimas ir žmogus
Atsižvelgiant į įvairius garavimo pavyzdžius, negalima prisiminti šio proceso poveikio žmogaus organizmui.
Kaip žinote, esant 42,2 ° C kūno temperatūrai, žmogaus kraujyje esantis baltymas susilanksto, o tai sukelia mirtį. Žmogaus kūnas gali įkaisti ne tik dėl infekcijos, bet ir dirbant fizinį darbą, sportuojant ar būnant karštoje patalpoje.
Normaliam gyvenimui priimtiną temperatūrą organizmas sugeba palaikyti savaiminio aušinimo sistemos – prakaitavimo dėka. Jei kūno temperatūra pakyla, prakaitas išsiskiria per odos poras, o vėliau išgaruoja. Šis procesas padeda „sudeginti“ energijos perteklių ir padeda vėsinti organizmą bei normalizuoti jo temperatūrą.
Beje, būtent todėl nereikėtų besąlygiškai tikėti reklamomis, kuriose prakaitas pristatomas kaip pagrindinė šiuolaikinės visuomenės rykštė, ir bandyti parduoti visokias medžiagas naiviems pirkėjams, kad jos atsikratytų. Neįmanoma priversti organizmo mažiau prakaituoti, netrikdant normalios jo veiklos, o geras dezodorantas gali tik užmaskuoti nemalonų prakaito kvapą. Todėl naudodami antiperspirantus, įvairias pudras ir pudras galite padaryti nepataisomą žalą organizmui. Juk šios medžiagos kemša poras arba siaurina prakaito liaukų šalinimo latakus, vadinasi, atima iš organizmo galimybę kontroliuoti temperatūrą. Tais atvejais, kai vis tiek būtina naudoti antiperspirantus, pirmiausia reikia pasitarti su gydytoju.
Garavimo vaidmuo augalų gyvenime
Kaip žinia, ne tik žmogus yra 70% vandens, bet ir augalai, o kai kurie, kaip ridikėliai, yra 90% vandens. Todėl jiems svarbus ir išgarinimas.
Vanduo yra vienas iš pagrindinių naudingų (ir kenksmingų) medžiagų, patenkančių į augalo organizmą, šaltinių. Tačiau, kad šios medžiagos būtų įsisavintos, reikia saulės šviesos. Tačiau karštomis dienomis saulė gali ne tik šildyti augalą, bet ir perkaisti, taip jį sunaikindama.
Kad taip nenutiktų, floros atstovai sugeba savaime atvėsti (panašiai kaip žmogaus prakaitavimo procesas). Kitaip tariant, perkaitę augalai išgarina vandenį ir taip atvėsina. Todėl vasarą tiek daug dėmesio skiriama sodų ir daržų laistymui.
Kaip garinimas naudojamas pramonėje ir namuose
Chemijos ir maisto pramonėje išgarinimas yra nepakeičiamas procesas. Kaip minėta aukščiau, tai ne tik padeda nusausinti daugelį produktų (išgarina iš jų drėgmę), o tai padidina jų galiojimo laiką; bet ir padeda gaminti idealius dietinius produktus (mažiau svorio ir kalorijų, su didesniu maistinių medžiagų kiekiu).
Taip pat išgarinimas (ypač sublimacija) naudojamas įvairių medžiagų gryninimui.
Kita taikymo sritis yra oro kondicionavimas.
Nepamirškite apie mediciną. Juk įkvėpimo (vaistiniais preparatais prisotintų garų įkvėpimas) procesas taip pat pagrįstas išgarinimo procesu.
Pavojingi dūmai
Tačiau, kaip ir bet kuris procesas, jis turi ir neigiamų pusių. Juk ne tik naudingos, bet ir mirtinos medžiagos gali virsti garais ir jas įkvėpti žmonės ir gyvūnai. O liūdniausia, kad jie yra nematomi, vadinasi, žmogus ne visada žino, kad buvo paveiktas toksinų. Todėl gamyklose ir įmonėse, dirbančiose su pavojingomis medžiagomis, verta vengti būti be apsauginių kaukių ir kostiumų.
Deja, kenksmingi garai gali tykoti ir namuose. Juk jei baldai, tapetai, linoleumas ar kiti daiktai pagaminti iš pigių medžiagų su technologijų pažeidimais, jie sugeba į orą išleisti toksinus, kurie pamažu „nuodys“ jų savininkus. Todėl perkant bet kokį daiktą verta pažvelgti į medžiagų, iš kurių jis pagamintas, kokybės sertifikatą.